背景技術(shù)
羥乙基纖維素是以纖維素為原料，經(jīng)氫氧化鈉堿化后，與環(huán)氧乙烷醚化而制得，是一種微黃色或白色、無嗅、無味的粉末。羥乙基纖維素的制備方法有氣固法和淤漿法兩種。氣固法是纖維素堿化后，直接與環(huán)氧乙烷反應(yīng)得到產(chǎn)品，該方法的特點(diǎn)是過程簡單、環(huán)氧乙烷消耗大、產(chǎn)品得率低、取代均勻性差、成本高。淤漿法是纖維素堿化和醚化在淤漿狀態(tài)下反應(yīng)，即在大量有機(jī)溶劑中進(jìn)行反應(yīng)，有機(jī)溶劑與纖維素比例一般為8～12：1。淤漿法制備環(huán)氧乙烷消耗低、產(chǎn)品取代均勻性好、成本低?，F(xiàn)主流制備方法是淤漿法。
羥乙基纖維素反應(yīng)分為堿化和醚化兩個(gè)階段。堿化階段加入氫氧化鈉和有機(jī)溶劑混合液，氫氧化鈉與纖維素反應(yīng)生成堿纖維素，堿纖維素與環(huán)氧乙烷醚化反應(yīng)得到羥乙基纖維素。氫氧化鈉在整個(gè)反應(yīng)過程中起到打開纖維素分子內(nèi)氫鍵和降低分子間范德華力、催化環(huán)氧乙烷開環(huán)的作用。在醚化反應(yīng)結(jié)束后還需要加入酸中和氫氧化鈉。淤漿法制備羥乙基纖維素，其氫氧化鈉與纖維素比例有時(shí)高達(dá)1：1，氫氧化鈉和中和酸在纖維素原料成本中一般約占6％～10％。如果能夠減少堿化反應(yīng)階段氫氧化鈉的用量，將有助于降低淤漿法生產(chǎn)羥乙基纖維素的生產(chǎn)成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的目的在于提供羥乙基纖維素的制備方法。
本發(fā)明提供了羥乙基纖維素的制備方法，以纖維素為起始原料，經(jīng)過堿化和醚化兩個(gè)反應(yīng)階段，生成羥乙基纖維素；其中，堿化反應(yīng)在捏合機(jī)中進(jìn)行。
進(jìn)一步地，所述的制備方法包括以下步驟：
步驟S1，將纖維素、氫氧化鈉和分散介質(zhì)加入捏合機(jī)中進(jìn)行堿化反應(yīng)；
步驟S2，堿化后物料加入立式反應(yīng)釜中，加入分散介質(zhì)、環(huán)氧乙烷，進(jìn)行醚化反應(yīng)，生成羥乙基纖維素。
進(jìn)一步地，步驟S1中各物料配比滿足以下至少一項(xiàng)：
氫氧化鈉：纖維素的質(zhì)量比為0.18～0.32:1；
優(yōu)選地，氫氧化鈉：纖維素的質(zhì)量比為0.20～0.30:1；
分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為2.0～4.0:1；
優(yōu)選地，分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為2.8～3.2:1。
其中，發(fā)明人試驗(yàn)得出，如果氫氧化鈉用量低于氫氧化鈉：纖維素質(zhì)量比0.18:1，堿化效果會(huì)受到一定程度的影響。
另一方面，若分散介質(zhì)的用量低于分散介質(zhì)：纖維素質(zhì)量比2.0:1，也會(huì)在一定程度上影響堿化反應(yīng)的效果；若分散介質(zhì)：纖維素質(zhì)量比高于4.0:1，又會(huì)降低反應(yīng)效率。
進(jìn)一步地，步驟S1中所述的纖維素選自精制棉、木漿、竹漿中至少一種。
進(jìn)一步地，堿化反應(yīng)溫度10℃～40℃，堿化反應(yīng)時(shí)間40min～120min。
進(jìn)一步地，步驟S2中各物料配比滿足以下至少一項(xiàng)：
環(huán)氧乙烷：纖維素的質(zhì)量比為0.8～1.05:1；
優(yōu)選地，環(huán)氧乙烷：纖維素的質(zhì)量比為0.7～1.2:1；
分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為6.0～10.0:1；
優(yōu)選地，分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為6.5～7.0:1。
進(jìn)一步地，醚化反應(yīng)溫度70℃～90℃，醚化反應(yīng)時(shí)間60min～120min。
進(jìn)一步地，步驟S1、步驟S2中所述的分散介質(zhì)均為異丙醇和水的混合物，水含量≤15％w/w。
進(jìn)一步地，所述的制備方法還包括以下后處理步驟：醚化后物料加入酸進(jìn)行中和，固液分離，收集固相物，干燥，粉碎，即得成品。
進(jìn)一步地，所述的制備方法滿足以下至少一項(xiàng)：
所述的酸為醋酸或/或硝酸；
中和終點(diǎn)為pH＝5.0～8.5；
通過離心進(jìn)行固液分離。
本發(fā)明提供的羥乙基纖維素的制備方法，將堿化和醚化在不同設(shè)備中進(jìn)行，堿化使用捏合機(jī)，醚化仍按現(xiàn)有工藝在立式反應(yīng)釜中進(jìn)行，能夠達(dá)到以下有益效果：
1、在達(dá)到同樣產(chǎn)品質(zhì)量的條件下，氫氧化鈉用量減少，后續(xù)中和用酸量相應(yīng)減少，可以達(dá)到降低成本的目的。
2、堿化效果更好，醚化反應(yīng)更易進(jìn)行，在同等氫氧化鈉及環(huán)氧乙烷用量下，產(chǎn)品取代度更高，產(chǎn)品收率更高。
綜上所述，采用本發(fā)明制備方法可以使堿化和醚化反應(yīng)達(dá)到優(yōu)于現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的效果，在同等的產(chǎn)品質(zhì)量下，可以降低氫氧化鈉和中和用酸的量，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)成本的降低；或在同等氫氧化鈉用量下，產(chǎn)品取代度得到提高。
附圖說明
圖1為實(shí)施例中羥乙基纖維素的制備工藝流程示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提供了羥乙基纖維素的制備方法，該方法以纖維素為起始原料，經(jīng)過堿化和醚化兩個(gè)反應(yīng)階段，生成羥乙基纖維素；其中，堿化反應(yīng)在捏合機(jī)中進(jìn)行。
本發(fā)明是基于發(fā)明人對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)工藝所存在缺陷的深入研究而完成的：發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有淤漿法制備羥乙基纖維素取代度不高、收率低以及氫氧化鈉用量高的主要原因，是由于纖維素的堿化和醚化常規(guī)是在一個(gè)立式反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行。在立式反應(yīng)釜中進(jìn)行堿化時(shí)，氫氧化鈉是通過反應(yīng)釜攪拌的攪拌作用和纖維素外部接觸、混合，纖維素內(nèi)部需要通過氫氧化鈉自身逐漸滲透進(jìn)入，需要較高的堿濃度才能達(dá)到很好的堿化效果?；诖?，發(fā)明人提出將堿化和醚化在不同設(shè)備中進(jìn)行，堿化使用捏合機(jī)，醚化仍然在立式反應(yīng)釜中進(jìn)行。由此可以使氫氧化鈉與纖維素滲透以及后續(xù)反應(yīng)達(dá)到優(yōu)于立式反應(yīng)釜的效果，在同等的產(chǎn)品質(zhì)量下，可以降低氫氧化鈉和中和用酸的量；或在同等氫氧化鈉用量下，產(chǎn)品取代度和收率得到提高。
下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的方案進(jìn)行解釋。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下面的實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體技術(shù)或條件的，按照本領(lǐng)域內(nèi)的文獻(xiàn)所描述的技術(shù)或條件或者按照產(chǎn)品說明書進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市購獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
實(shí)施例1采用本發(fā)明方法制備羥乙基纖維素
精制棉1000g、氫氧化鈉294g、分散介質(zhì)(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)2800g加入捏合機(jī)中，堿化溫度15℃～25℃，堿化時(shí)間60min。堿化完畢后物料加入立式反應(yīng)釜中，補(bǔ)充分散介質(zhì)(分散介質(zhì)同前)7000g和環(huán)氧乙烷915g，醚化溫度75～80℃，醚化時(shí)間60min。醚化反應(yīng)完畢降溫至35℃后，加入硝酸中和，經(jīng)離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產(chǎn)品粘度960mpa.s，摩爾取代度2.86，pH值7.4，灰分4.6％，干燥減量4.21％，透光率90.2％。
實(shí)施例2采用本發(fā)明方法制備羥乙基纖維素
精制棉1000g、氫氧化鈉260g、分散介質(zhì)(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3000g加入捏合機(jī)中，堿化溫度20℃～30℃，堿化時(shí)間90min。堿化完畢后物料加入立式反應(yīng)釜中，補(bǔ)充分散介質(zhì)(分散介質(zhì)同前)6500g，加入環(huán)氧乙烷850g，醚化溫度70～75℃，醚化時(shí)間90min。醚化反應(yīng)完畢降溫至35℃后，加入硝酸中和，經(jīng)離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產(chǎn)品粘度780mpa.s，摩爾取代度2.73，pH值7.1，灰分3.8％，干燥減量2.65％，透光率94.5％。
實(shí)施例3采用本發(fā)明方法制備羥乙基纖維素
木漿1000g、氫氧化鈉235g、分散介質(zhì)(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3000g加入捏合機(jī)中，堿化溫度10℃～20℃，堿化時(shí)間90min。堿化完畢后物料加入立式反應(yīng)釜中，補(bǔ)充分散介質(zhì)(分散介質(zhì)同前)6500g，加入環(huán)氧乙烷800g，醚化溫度75～80℃，醚化時(shí)間90min。醚化反應(yīng)完畢降溫至35℃后，加入醋酸中和，經(jīng)離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產(chǎn)品粘度39mpa.s，摩爾取代度2.91，pH值7.2，灰分4.9％，干燥減量3.65％，透光率93.8％。
實(shí)施例4采用本發(fā)明方法制備羥乙基纖維素
精制棉1000g、氫氧化鈉200g、分散介質(zhì)(此處使用異丙醇和水的混合物，水含量11.5％w/w)3200g加入捏合機(jī)中，堿化溫度15℃～25℃，堿化時(shí)間90min。堿化完畢后物料加入立式反應(yīng)釜中，補(bǔ)充分散介質(zhì)(分散介質(zhì)同前)6500g，加入環(huán)氧乙烷1050g，醚化溫度75～80℃，醚化時(shí)間100min。醚化反應(yīng)完畢降溫至35℃后，加入硝酸中和，經(jīng)離心、洗滌、烘干、粉碎得羥乙基纖維素。產(chǎn)品粘度570mpa.s，摩爾取代度2.57，pH值7.1，灰分3.5％，干燥減量3.98％，透光率91.5％。
對(duì)比例
表1是對(duì)常規(guī)制備工藝及本發(fā)明制備工藝產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比。001、002是堿化和醚化在一個(gè)立式反應(yīng)釜內(nèi)進(jìn)行；003為本發(fā)明制備工藝，減少氫氧化鈉用量28％，產(chǎn)品摩爾取代度提高，其他指標(biāo)與001、002相當(dāng)；004為本發(fā)明制備工藝，氫氧化鈉用量一樣，與001、002相比，產(chǎn)品摩爾取代度大幅提高。摩爾取代度指標(biāo)是衡量產(chǎn)品環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)品收率的關(guān)鍵指標(biāo)，摩爾取代度高，說明反應(yīng)效果好，環(huán)氧乙烷轉(zhuǎn)化率高，產(chǎn)品收率高。
需要說明的是，本說明書中描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中以合適的方式結(jié)合。此外，在不相互矛盾的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以將本說明書中描述的不同實(shí)施例以及不同實(shí)施例的特征進(jìn)行結(jié)合和組合。
1.羥乙基纖維素的制備方法，其特征是：以纖維素為起始原料，經(jīng)過堿化和醚化兩個(gè)反應(yīng)階段，生成羥乙基纖維素；其中，堿化反應(yīng)在捏合機(jī)中進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是：包括以下步驟：
步驟S1，將纖維素、氫氧化鈉和分散介質(zhì)加入捏合機(jī)中進(jìn)行堿化反應(yīng)；
步驟S2，堿化后物料加入立式反應(yīng)釜中，加入分散介質(zhì)、環(huán)氧乙烷，進(jìn)行醚化反應(yīng)，生成羥乙基纖維素。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是：步驟S1中各物料配比滿足以下至少一項(xiàng)：
氫氧化鈉：纖維素的質(zhì)量比為0.18～0.32:1；
優(yōu)選地，氫氧化鈉：纖維素的質(zhì)量比為0.20～0.30:1；
分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為2.0～4.0:1；
優(yōu)選地，分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為2.8～3.2:1。
4.如權(quán)利要求2或3所述的制備方法，其特征是：步驟S1中所述的纖維素選自精制棉、木漿、竹漿中至少一種。
5.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是：堿化反應(yīng)溫度10℃～40℃，堿化反應(yīng)時(shí)間40min～120min
環(huán)氧乙烷：纖維素的質(zhì)量比為0.8～1.05:1；
優(yōu)選地，環(huán)氧乙烷：纖維素的質(zhì)量比為0.7～1.2:1；
分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為6.0～10.0:1；
優(yōu)選地，分散介質(zhì)：纖維素的質(zhì)量比為6.5～7.0:1。
7.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是：醚化反應(yīng)溫度70℃～90℃，醚化反應(yīng)時(shí)間60min～120min。
8.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是：步驟S1、步驟S2中所述的分散介質(zhì)均為異丙醇和水的混合物，水含量≤15％w/w。
9.如權(quán)利要求1～8任意一項(xiàng)所述的制備方法，其特征是：還包括以下后處理步驟：醚化后物料加入酸進(jìn)行中和，固液分離，收集固相物，干燥，粉碎，即得成品。
10.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是：滿足以下至少一項(xiàng)：
所述的酸為醋酸或/或硝酸；
中和終點(diǎn)為pH＝5.0～8.5；
通過離心進(jìn)行固液分離。
